(57)【要約】      （修正有）【課題】化学気相成長装置、及びその装置を用いた化学気相成長法を提供する。【解決手段】化学気相成長装置１０は、電磁放射線を放出可能である加熱要素と、電磁放射線を受け取るように加熱要素に対して配置されたレトルト１６と、レトルト１６の周りに少なくとも部分的に配置され、電磁放射線に少なくとも部分的に透過性を有する材料を含む包囲部材１８と、包囲部材１８の内面２４とレトルト１６の外面２２とにより少なくとも部分的に画定されるプレナムと、包囲部材１８及びレトルト１６の周りに少なくとも部分的に配置され加熱要素を収容する炉箱１４とを備える。【選択図】図２
2007204846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線を放出可能である加熱要素（１２）と、
電磁放射線を受け取るように前記加熱要素（１２）に対して配置されたレトルト
（１６）と、
前記レトルト（１６）の周りに少なくとも部分的に配置され、電磁放射線に対して
少なくとも部分的に透過性を有する材料を含む包囲部材（１８）と、
前記包囲部材（１８）の内面（２４）と前記レトルト（１６）の外面（２２）とに
より少なくとも部分的に画定されるプレナム（２０）と、
前記包囲部材（１８）及び前記レトルト（１６）の周りに少なくとも部分的に配置
され前記加熱要素（１２）を収容する炉箱（１４）とを備える化学気相成長装置（１
０）。
【請求項２】
前記電磁放射線は、１マイクロメータ〜１ミリメータの波長を有する赤外線である
請求項１に記載の化学気相成長装置（１０）。
【請求項３】
動作中に前記プレナム（２０）内の温度が炉箱（１４）の環境内の温度よりも高く
なるように、プレナム（２０）内に配置された絶縁材（２８）をさらに備える請求項
１に記載の化学気相成長装置（１０）。
【請求項４】
前記絶縁材（２８）は、前記レトルト（１６）の隣接した端部（３０、３２）で前
記プレナム（２０）内に配置される請求項３に記載の化学気相成長装置（１０）。
【請求項５】
前記レトルト（１６）は、電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性を有する
材料を含む請求項１に記載の化学気相成長装置（１０）。
【請求項６】
前記レトルト（１６）は、金属、水晶、アルミナでドープされた水晶、アルミナ、
合成シリカ、及び前述の元素のうちの少なくとも１つを含む組み合わせからなる群よ
り選ばれた材料を含む請求項１に記載の化学気相成長装置（１０）。
【請求項７】
前記レトルト（１６）上に堆積されたコーティング材料をさらに含む請求項１に記
載の化学気相成長装置（１０）。
【請求項８】
前記コーティング材料は、窒化物又は酸化物を含む請求項７に記載の化学気相成長
装置（１０）。
【請求項９】
前記コーティング材料は、アルミニウム、イットリウム、貴金属元素、及び前述の
元素のうちの少なくとも１つを含む組み合わせからなる群より選ばれた材料を含む請
求項７に記載の化学気相成長装置（１０）。
【請求項１０】
前記レトルトは、前記炉箱（１４）内に取り外し可能に配置される請求項１に記載
の化学気相成長装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、一般に、化学気相成長（ＣＶＤ）装置に関し、特に、輻射加熱式Ｃ
ＶＤ炉、及びそのＣＶＤ炉を用いたＣＶＤ法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に薄膜／被膜を堆積するには、多くの方法がある。堆積方法の１つとしては、
化学気相成長がある。化学気相成長では、堆積される材料が、基板の近傍において昇
温された温度でガス反応物間の化学反応の結果として形成される。そして、この反応
の生成物が基板表面上に堆積される。化学気相成長は、金属と同様に、半導体材料
（結晶質及び非結晶質）や絶縁体材料からなる薄膜／被膜を堆積するのに用いること
ができる。
【０００３】
化学気相成長は、しばしば「レトルト」と一般に称されるコーティング容器内で行
われる。コーティング対象の基板は、コーティング材料とともにレトルト内に配置さ
れる。レトルトは、コーティング材料のガス反応が生じるのに十分な温度に加熱昇温
される。通常、加熱炉は、レトルトを加熱するのに用いられる。例えば、赤外線炉で
は、赤外線ハロゲン電球からの熱などの輻射熱がレトルト内の反応物を加熱するのに
用いられる。しかしながら、レトルト内の処理温度を維持しながら、これらの赤外線
ランプを冷却するには、課題がある。
【特許文献１】米国特許第６，０６７，９３１号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００２２７７３５Ａ１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１５１８３６Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、加熱炉及びレトルトの設計を改善する必要性が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本文では、化学気相成長装置、及びその化学気相成長装置を用いる化学気相成長法
について開示している。本発明の一実施形態においては、化学気相成長装置は、電磁
放射線を放出可能である加熱要素と、電磁放射線を受け取るように加熱要素に対して
配置されたレトルトと、レトルトの周りに少なくとも部分的に配置され、電磁放射線
に少なくとも部分的に透過性を有する材料を含む包囲部材と、包囲部材の内面とレト
ルトの外面とにより少なくとも部分的に画定されるプレナムと、包囲部材及びレトル
トの周りに少なくとも部分的に配置され加熱要素を収容する炉箱とを備える。
【０００６】
本発明の他の実施形態においては、化学気相成長装置は、赤外線を放出可能である
加熱要素と、赤外線を受け取るように加熱要素に対して配置され赤外線に対して少な
くとも部分的に透過性を有するか、又は輻射エネルギーを伝導可能である第１の材料
を含むレトルトと、レトルトの周りに少なくとも部分的に配置され赤外線に対して少
なくとも部分的に透過性を有する第２の材料を含む包囲部材と、包囲部材の内面とレ
トルトの外面とにより少なくとも部分的に画定されたプレナムと、包囲部材及びレト
ルトの周りに少なくとも部分的に配置され加熱要素を収容する炉箱と、動作中にプレ
ナム内の温度が炉箱の環境内の温度よりも高くなるように、プレナム内にてレトルト
の隣接する端部に配置された絶縁材とを備える。
【０００７】
ここで開示される、化学気相成長法は、プレナムが包囲部材の内面とレトルトの外
面とにより少なくとも部分的に画定されるように包囲部材内に少なくとも部分的に配
置されるレトルトの室内に、被加工物を配置する工程と、レトルト及び包囲部材を通
して電磁放射線を伝達し室及びプレナムの環境を加熱する工程と、室の環境温度が所
定の温度に達する場合に室内でコーティング材料により被加工物をコーティングする
工程とを含む。
【０００８】
上述した及び他の特徴は、次の図面及び詳細な説明により具体化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、例示的図面を参照し、幾つかの図面においては、類似要素は、同様な符号を
付すものとする。
【００１０】
本文では、化学気相成長装置、及びその化学気相成長装置を用いた化学気相成長法
が開示される。以下、より詳細を説明するように、化学気相成長装置は、包囲部材内
に少なくとも部分的に配置されるレトルトを備える輻射加熱式（例えば、赤外線加熱
式）化学気相成長炉である。以下の説明は、輻射加熱式化学気相成長炉とその加熱炉
を用いて金属部品（例えば、タービンエンジンの部品及び構成部材）をコーティング
する方法に関するが、加熱炉は、異なる多様な用途（例えば、半導体ウェハ上の薄膜
堆積）のための加熱処理、ろう付け、コーティング作業などに用いることもできる点
は、理解されるべきである。
【００１１】
なお、本文で用いた用語「第１」、「第２」などは、本文において任意の順番、量、
又は重要度を示すのではなく、むしろ互いに要素を区別するために用いている。また、
本文中で数詞がないこと又は「一つの」の用語は、量の限定を示すのではなく、むし
ろ参照要素のうちの少なくとも１つの存在を示している。本文で用いた接尾語
「（ｓ）」は、用語の単数形及びこれを変形した複数形の両方を含蓄するように意図
したものであり、これにより、その用語のものが１つ以上あること（例えば、接尾語
（ｓ）の付いた金属という用語は、１つ以上の金属を含むこと）を示している。
【００１２】
図１及び図２は、一般に、参照符号１０で示された化学気相成長炉の一実施形態を
示す断面図である。この炉１０は、一般に、加熱要素１２、炉箱１４、レトルト１６、
及び包囲部材１８を備える。少なくとも１つの加熱要素１２は、炉箱１４の内部に配
置される。適切な加熱要素１２としては、電磁放射（ＥＭＲ）源（例えば、赤外線
（ＩＲ）源、可視光源、マイクロ波源など）を含む。一実施形態では、加熱要素１２
は、赤外線（ＩＲ）加熱ランプ（例えば、タングステンハロゲンランプ）である。以
下、説明しやすくするため、赤外線（例えば、約１マイクロメータ〜約１ミリメータ
の波長）を放出可能とする赤外線加熱要素１２について言及する。任意には、加熱要
素１２からの赤外線をレトルト１６に向かって反射する反射器１３が配置される。
【００１３】
なお、「箱」という用語を炉箱１４の表現に用いているが、この炉箱１４は、加熱
されるレトルト１６の少なくとも一部を内部に配置させ得る任意の大きさ及び形状を
有するものであることは、理解されるべきである。例えば、炉箱１４は、立方体形状
（例えば、箱状）、長方形状、円筒状などで構成することができる。一実施形態では、
炉箱１４は、レトルト１６を炉箱１４から容易に取り除き得る二つ折り型の設計で構
成される。他の方法で表すと、一実施形態では、レトルト１６は、炉箱１４内で取り
外し可能に配置される。このレトルト１６は、炉箱１４内に水平方向又は垂直方向に
配置される。
【００１４】
レトルト１６は、製造しやすく、使用しやすい任意の形状（例えば、正方形、長方
形、管状など）で構成される。レトルト１６は、被加工物（例えば、タービンエンジ
ン部品、又は構成部材）、及び反応性コーティング材料を受け取るようになされてい
る。特に、動作中には、被加工物及びコーティング材料がレトルト１６の一室１７内
に取り除き可能に配置される。様々な実施形態では、支持ユニット（例えば、ラッ
ク）が、被加工物の位置付け及び取り除きを容易とするために、室１７内に任意に配
置される。レトルト１６の材料は、輻射エネルギー（例えば、赤外線）を室１７に伝
達するように選択される。例えば、輻射エネルギーは、伝導により又は熱伝達の他の
任意の手段により、伝達されることができる。例えば、プレナム２０内の空気は、包
囲部材１８を通って伝達される輻射エネルギーにより加熱される。この加熱された空
気は、熱をレトルト１６に伝達し、このレトルトが、順に、熱を室１７に伝達する。
その代わりに、輻射エネルギーは、レトルト材料を通して直接伝達され、室１７を加
熱することができる。例えば、一実施形態では、レトルト１６は、赤外線に対して少
なくとも部分的に透過性を有する。レトルト１６用の好適な材料としては、これらに
限定されるものではないが、金属、水晶、アルミナでドープされた水晶、アルミナ、
合成シリカ、及び前述の元素のうちの少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。
【００１５】
コーティング材料は、任意で、保護被膜として機能するように、レトルト１６上に
施される。一実施形態では、コーティング材料は、レトルト１６の内面３４上に配置
される。このコーティング材料は、レトルト材料と適合するように選択される。一実
施形態では、コーティング材料は、酸化物又は窒化物を含む。さらに、コーティング
材料は、構造が結晶性又はガラス質である。好適なコーティング材料としては、アル
ミニウム、イットリウム、貴金属元素、及び前述の元素のうちの少なくとも１つを含
む組み合わせが挙げられる。
【００１６】
包囲部材１８は、内部に配置されたレトルト１６を収容するのに、十分な大きさ及
び形状を有する。レトルト１６は、包囲部材１８内に部分的に又は完全に配置される
ことができる。一実施形態では、包囲部材１８は、赤外線に対して少なくとも部分的
に透過性を有する。包囲部材１８に好適な材料としては、これらに限られないが、レ
トルト１６に関連して前述した材料が挙げられる。さらに、包囲部材１８用材料は、
レトルト１６用材料と同じ又は異なるものとすることができる。
【００１７】
プレナム２０は、包囲部材１８の内面２４とレトルト１６の外面２２とにより少な
くとも部分的に画定される。包囲部材１８の内面２４とレトルト１６の外面２４との
間に、これらと物理的に接触して、絶縁材２８が配置される。特に、一実施形態では、
絶縁材２８は、レトルト１６の周辺端部３０及び３２に配置される。絶縁材２８は、
プレナム２０を炉箱１４の内部環境から実質的に熱的に隔離し、これにより、有利に、
レトルト１６内の温度を下げることなく、加熱要素１２の冷却（例えば、対流冷却）
を可能とする。つまり、プレナム２０内の雰囲気は、加熱要素１２に亘って、レトル
ト１６を冷却流（例えば、空気流）から遮断する。一実施形態では、プレナム２０は、
炉箱１４内の環境から密閉されている。プレナム２０を密閉することにより、炉箱内
に循環する空気以外のガスは、プレナム２０内で用いられることが可能となる。プレ
ナム２０に用いられるガスの選択は、次のような変数に基づき得る。変数としては、
これらに限られないが、加熱時のプレナム内のガス圧、ガスの熱伝導性、及びガスの
コストが挙げられる。
【００１８】
動作中には、被加工物、及びコーティング材料は、室１７内に配置され、この室１
７が密閉され、その後、加熱要素１２により所望の動作温度まで加熱される。コーテ
ィング材料（例えば、断熱コーティング材料）及び他の多様な反応性材料は、所望の
用途に応じて変更する。コーティング材料及び他の反応性材料は、被膜が被加工物上
に堆積されるように、反応に十分な温度まで加熱される。特に、エネルギー（例えば、
赤外線）は、包囲部材１８を通して、加熱要素１２から伝達され、レトルト１６によ
り（例えば、伝導により）室１７まで伝達され、これにより、室１７を所望の温度ま
で加熱する。また、赤外線は、順に、プラナム２０内のガスを加熱し、レトルト１６
周りの絶縁層を加熱する。
【００１９】
一例として、コーティング材料について、アルミナイド被膜に関連付けて、以下に
説明する。例えば、アルミニウム源とハロゲン化物活性化剤とを被加工物とともに室
１７内に配置する。レトルト１６は、例えば、約８００℃〜約１２００℃の温度など
のガス反応に十分な温度まで加熱される。この選択された特定の温度は、所望のコー
ティング用途のパラメータ（用いるアルミナイド被膜源を含む）や、当業者により理
解され得る他の要素に依存する。このような温度では、活性化剤は、反応性ハロゲン
ガスを形成する。好適なハロゲン化物活性化剤としては、これらに限られないが、塩
化アルミニウム、フッ化アルミニウム、臭化アルミニウム、塩化アンモニウム、フッ
化アンモニウム、臭化アンモニウム、及び上述した要素のうちの少なくとも１つを含
む組み合わせが挙げられる。塩化水素（標準状態ではガス）もまた、ハロゲン化合物
活性化剤として用いることができる。反応性ハロゲンガスは、アルミニウム源と反応
し、例えば、ハロゲン化アルミニウムガスの形態で、アルミナイド被膜ガスを提供す
る。アルミニウム源としては、任意のアルミニウム又はアルミニウム合金、例えば、
コバルトアルミニウム合金（ＣｏＡｌ）、鉄アルミニウム合金（ＦｅＡｌ）、又はク
ロムアルミニウム合金（ＣｒＡｌ）の、通常、粉末又はペレット化した形態のものと
することができる。
【００２０】
他の実施形態では、反応性ハロゲンガスは、レトルト１６の各端部３０、３２の開
口部を介してレトルト１６に動作可能に連通して配置可能である１つ以上の配管を通
して、レトルト１６に導入されることができる。他の実施形態では、アルミナイド被
膜ガスは、レトルト１６外部の反応器内で発生され、１つ以上の配管を通してレトル
ト１６内に導入することができる。当業者によれば理解されるように、アルミナイド
被膜ガスの形成速度を制御する反応速度は、任意のキャリアガスを室１７内に導入す
る速度と同様に、温度に依存する。
【００２１】
アルミナイド被膜ガスを被加工物の表面に流すと、アルミナイド被膜ガスは、アル
ミニウムに還元され、これが被加工物上に堆積し拡散し、被加工物上にアルミナイド
被膜を形成する。アルミナイド被膜の所望の厚さは、所望の用途に依存する。任意の
残存するアルミナイドガスは、室１７から一掃される。コーティング作業が完了する
と、加工物は、レトルト１６から取り外され、必要に応じて、不活性ガス雰囲気を維
持しながら、レトルト１６内にて冷却、又は任意で冷却される。
【００２２】
有利なことには、レトルト１６の周りに配置される包囲部材１８は、例えば、空気
を炉箱１４内に導入することにより、加熱要素１２を対流冷却させる。この設計によ
れば、加熱要素１２が、加熱要素１２を水冷せずに冷却され得る。水冷と同様に、能
動冷却では、赤外線加熱炉の設計及び動作コストを増す可能性がある。加熱要素１２
は、水冷する必要はなく冷却されることができるので、包囲部材を有するレトルトを
備える加熱炉内において、大きな商業上の利益が実現可能である。さらに、有利な点
としては、これらに限られないが、抵抗加熱要素を備える加熱炉と比べて、迅速な熱
過度やサイクル時間の削減が挙げられる。
【００２３】
本開示内容は、例示的実施形態を参照しながら記載してきたが、本開示内容の範囲
から逸脱することなく、様々な変更が可能であり、実施形態の要素の代わりにそれと
等価な要素が用いられ得ることは、当業者であれば理解するところである。加えて、
本発明の実質的な範囲から逸脱することなく、本開示内容の教示内容に特定の状況又
は材料を適合させるために、様々な変形を行い得る。したがって、本開示内容は、本
開示内容の実施を意図する最良の態様として開示された特定の実施形態に限定される
ものではなく、添付の特許請求の範囲内の全ての実施形態を含むことが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】輻射加熱式化学気相成長炉の一実施形態を示す断面図である。
【図２】輻射加熱式化学気相成長炉の長手方向の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  赤外線炉
１２  加熱要素
１４  炉箱
１６  レトルト
１８  包囲部材
２０  冷却プレナム
２２  レトルトの外面
２４  冷却ジャケットの内面
２６  炉箱の壁部
２８  絶縁材
３０  レトルトの端部
３２  レトルトの端部
【図１】
2007204846.tif 000003
【図２】
2007204846.tif 000004
【外国語明細書】
2007204846000001.pdf